Calcinación de la Caliza
1. Objetivo Obtener oxido de calcio a partir de carbonato de calcio por efecto de la temperatura, observar los efectos del tiempo y el tamaño de grano. Comprobar la obtención de carbonato de calcio por termogravimetria.
2. Fundamento Teórico La calcinación, es la descomposición de un compuesto mediante el calor suministrado por un agente externo; el compuesto puede ser: carbonato, sulfato, óxidos o sulfuros dobles. El producto de éste proceso generalmente es un ó xido sólido debido a que durante la calcinación no existe fusión ni volatilización. De la calcinación del carbonato de calcio se obtiene óxido de calcio, este producto tiene diversas aplicaciones industriales. En pirometalurgia se usa como formador de escorias por su estabilidad en ambiente reductor a elevadas temperaturas y es denominado fundente porque baja la temperatura de fusión de la escoria. En flotación se usa como regulador del pH por su alta solubilidad en agua. En siderurgia se usa como agente desulfurizante por la afinidad por el azufre, también el óxido de calcio de alta pureza se usa en pinturas como pigmento. La descomposición de la caliza se basa en la reacción (3.1), a temperatura de 855oC aproximadamente procede de acuerdo a la energía libre de Gibbs presentada [3]: CaCO3 → CaO + CO2 Go T = 42490 − 37,70T (cal/mol) (3.1) La reacción (3.1) llega al equilibrio cuando la presión parcial del CO2 es igual a la constante de equilibrio. Keq = PCO2 (3.2) La presión de equilibrio es conocida como la presión de descomposición del carbonato de calcio. Si, a cualquier temperatura la presión parcial del CO2 es inferior a la del equilibrio, la caliza se descompondrá hasta que la presión de CO2 alcance el valor de equilibrio.
3. Parte Experimental Procedimiento Se calentó el horno hasta 900 ºC. carbonato de calcio en cuatro cuatro navecillas navecillas 1.5 g de caliza caliza en cada una de • Se puso el carbonato ellas. • Se introdujo las navecillas al horno y se saco cada una de ellas con un tiempo de separación de 15 minutos. minutos. •
Se peso el contenido de las navecillas al salir del horno. • Se realizo la calcinación en la termobalanza utilizando reactivo puro. •
Equipos Materiales y Reactivos Se usaron los siguientes reactivos y equipos:
Carbonato de calcio (se usaron 30 gramos y luego se fue distribuyendo en las probetas)
Horno de laboratorio
4 crisoles
Termobalanza
Balanza de laboratorio
Crisol pequeño para la termobalanza
4. Datos Adquiridos Calcinación en Horno de Laboratorio Tiempo (min) 15 30 45 60 60 (muestra pura)
Masa crisol (g) 97.85 98.02 91.30 98.32 91.28
Masa Total (g) 99.35 96.52 92.80 99.82 92.78
Masa Final (g) 98.71 95.86 92.18 99.22 92.25
Calcinación en la Termobalanza Termobalanza Masa crisol (g) 5.3356
Masa cadena (g) 4.9639
Masa CaCO3 (g) 0.5066
5. Cálculos y Resultados Peso Tiempo inicial [min] [g]
Peso Peso no formad elimi[g] o [g]
Peso Peso final [g] inalt[g]
Peso elimin [g]
%CaO form
%CO2 elim
%CO2 no elim Rendim
0
1.5
1.5
1.5
0
0
0
0
0
0
0
15
1.5
0.86
0.046
0.02
0.814
0.64
94.65
96.97
3.03
54.27
30
1.5
0.84
0
0
0.84
0.66
100.00
100.00
0.00
56.00
45
1.5
0.88
0.0909
0.04
0.7891
0.62
89.67
93.94
6.06
52.61
60
1.5
0.9
0.1364
0.06
0.7636
0.6
84.84
90.91
9.09
50.91
1.5
0.97
0.2955
0.13
0.6745
0.53
69.54
80.30
19.70
44.97
Puro 60
Peso formado
Peso inalterado
Peso no eliminado
Graficar: Rendimiento Vs. tiempo % CaO formado Vs. tiempo % CO2 eliminado Vs. tiempo % CO2 no eliminado Vs. tiempo
Rendimiento Vs Tiempo 70 60 50 o t n40 e i m i d30 n e R
20 10 0 0
10
20
30
40
Tíempo
50
60
70
% CaO formado Vs. tiempo 120 100 80 O a 60 C %
40 20 0 0
10
20
30
40
50
60
70
60
70
60
70
Tíempo
% CO2 eliminado Vs. tiempo 120 100 o d 80 a n i m i l 60 e 2 O C 40 %
20 0 0
10
20
30
40
50
Tíempo
% CO2 no eliminado Vs. tiempo 10 9 o d a n i m i l e o n 2 O C %
8 7 6 5 4 3 2 1 0 0
10
20
30
40
Tíempo
50
Masa [g]
145
0.389
295
0.3085
445
0.2842
0
0.5067
150
0.386
300
0.307
450
0.2843
5
0.5063
155
0.3812
305
0.3047
455
0.2845
10
0.5058
160
0.3785
310
0.3036
460
0.2845
15
0.5046
165
0.3742
315
0.3026
465
0.2844
20
0.5028
170
0.3713
320
0.3014
470
0.2844
25
0.5016
175
0.3669
325
0.2991
475
0.2844
30
0.498
180
0.3646
330
0.2979
480
0.2845
35
0.4961
185
0.3603
335
0.2969
485
0.2843
40
0.4917
190
0.3581
340
0.296
490
0.2843
45
0.4887
195
0.3553
345
0.2942
495
0.2842
50
0.4836
200
0.3516
350
0.293
500
0.2841
55
0.4803
205
0.3493
355
0.2926
505
0.2841
60
0.4741
210
0.3455
360
0.2907
510
0.2843
65
0.4695
215
0.3433
365
0.2903
515
0.2843
70
0.4649
220
0.3403
370
0.2895
520
0.2842
75
0.4593
225
0.338
375
0.2889
525
0.2842
80
0.4533
230
0.3361
380
0.2881
530
0.2841
85
0.4444
235
0.3325
385
0.2876
535
0.284
90
0.4387
240
0.3307
390
0.2866
540
0.2838
95
0.4327
245
0.3289
395
0.2861
545
0.2839
100
0.4295
250
0.3257
400
0.2856
550
0.2838
105
0.4241
255
0.3238
405
0.2851
555
0.2837
110
0.4182
260
0.3222
410
0.2849
560
0.2837
115
0.4152
265
0.3197
415
0.2846
565
0.2836
120
0.4096
270
0.3172
420
0.2844
570
0.2836
125
0.4064
275
0.3157
425
0.2843
575
0.2836
130
0.4014
280
0.3144
430
0.2842
580
0.2835
135
0.3965
285
0.3117
435
0.2843
585
0.2835
140
0.3936
290
0.3096
440
0.2843
590
0.2836
Tiempo [s]
595
0.2836
660
0.283
725
0.2829
790
0.2825
600
0.2836
665
0.283
730
0.2829
795
0.2823
605
0.2835
670
0.283
735
0.2829
800
0.2821
610
0.2835
675
0.2829
740
0.2828
805
0.282
615
0.2836
680
0.2829
745
0.2827
810
0.2821
620
0.2835
685
0.283
750
0.2827
815
0.2823
625
0.2834
690
0.2832
755
0.2826
820
0.2823
630
0.2833
695
0.2832
760
0.2827
825
0.2822
635
0.2833
700
0.2831
765
0.2826
830
0.282
640
0.2833
705
0.2831
770
0.2825
835
0.2819
645
0.2834
710
0.2831
775
0.2824
840
0.2817
650
0.2833
715
0.2831
780
0.2823
845
0.2818
655
0.283
720
0.2831
785
0.2825
850
0.2819
Masa Vs Tiempo 0.55 0.5 0.45
] r g [ 3 O 0.4 C a C e d0.35 a s a M
0.3
0.25 0.2 0
100
200
3 00
400
5 00
6 00
Tiempo [seg]
700
8 00
900
1000
Temperatura Vs Tiempo 1100 1000 900 800 700
] C [ 600 p m e 500 T
400 300 200 100 0 0
500
1000
1500
2000
25 00
3000
Tiempo [seg]
6. Conclusiones y Recomendaciones Recomendaciones
Se pudo ver que una vez que le horno sube a mas de 855 C es muy fácil realizar la descomposición, que se logra a partir de los 15 minutos, donde ya existía una descomposición muy elevada.
Se debe tomar en cuenta el tiempo de calcinación ya que como se vio en el experimento un tiempo excesivamente largo no produce mejoras en el rendimiento del proceso lo que significaría en términos industriales una perdida insulsa de energía y tiempo.
No se trabajo con varios tamaños de grano pero a mi punto de vista y considerando la cinética de reacción de las partículas considero que las partículas deben ser de tamaño uniforme, porque si introdujéramos partículas de distinto tamaño, las partículas pequeñas se tostarían primero y las grandes tardarían más y no sería un proceso uniforme.
En un proceso industrial habría que hacer un tratamiento de los gases ya que se echa todo el CO2 y de alguna manera habría que tratar ese gas y no soltarlo al medio ambiente.
Sería interesante haber hecho un análisis químico de la muestra resultante para poder apreciar realmente cuanto fue la composición de el material que se formo, que no se transformo, etc.; Para tener datos más precisos de lo ocurrido en el laboratorio y además ver el e l efecto de las impurezas en la muestra.
Como recomendación pienso que es importante realizar las lecturas en la balanza de manera veloz una vez la muestra haya salido del horno, porque la humedad del ambiente incrementa el peso de la muestra introduciendo un error en los cálculos siguientes.
7. Cuestionario 1. Si la reacción empírica que gobierna la cinética del proceso es: logR = 0,003145T− 3,3085 donde: R = radio de avance de la interfaces de calcinación (cm/hr). Determinar el tiempo de calcinación total para partículas de c/u de las granulométrias empleadas en la realización de la práctica. Log R = 0.03145T-3.3085 En la práctica se trabajo a 900 C o 1173 11 73 K R = 2.4021cm/hr -658+100# = 210 – 49 µm 0.01795cm
2. Si la caliza tiene además MgCO3 cual la influencia de este compuesto en la calcinación?. Si la caliza tendría en su composición al MgCO3 existiría un decremento en la temperatura de inversión de la caliza, lo que a mi punto de vista sería favorable, porque no habría que subir la temperatura hasta los 855 C. 3. En base a datos termodinámicos para la calcinación de la caliza, grafique: PCO2 = f(T). Temp C 0.000
PCO2 1.952E-026
100.000
2.608E-017
200.000
4.600E-012
300.000
1.145E-008
400.000
2.688E-006
500.000
1.490E-004
600.000
3.202E-003
700.000
3.578E-002
800.000
2.495E-001
900.000
1.226E+000
1000.000
4.607E+000
Temp Vs PCO2 5.000E+000
4.000E+000
3.000E+000 2 O C 2.000E+000 P
1.000E+000
0.000E+000 0.0 -1.000E+000
200.0
400.0
6 0 0 .0
800.0
1000.0
1200.0
Temperatura C
4. Como se podría favorecer la formación de CaO?. Para favorecer de alguna manera la formación de CaO se debe cuidar que no suceda Keq = PCO2 ya que cuando la constante de equilibrio iguala la presión de CO2 la reacción se detiene, así que hay que mantener el CO2 bajo y obviamente hay que llegar a la temperatura de inversión de 855 ªC. 5. El proceso de calcinación del CaCO3 es un proceso exotérmico o endotérmico?, explique con datos termodinámicos su respuesta. Es un proceso endotérmico, con los datos de HSC se puede obtener esta tabla de las entalpias, y como sabemos si la entalpia es positiva, la reacción será endotérmica, si la entalpia es negativa la reacción será exotérmica. CaCO3 = CaO + CO2(g) T delta H 0.000 42.604 100.000 42.475 200.000 42.258 300.000 41.990 400.000 41.680 500.000 41.334 600.000 40.949 700.000 40.525 800.000 40.062 900.000 39.556 1000.000 39.007 Las entalpias siempre son positivas, entonces la reacción es endotérmica. 6. Cree Ud. que es necesario agregar carbón para realizar la calcinación?; si es necesario calcule cuantos moles son necesarios, suponiendo que el aire de combustión ha sido recalentado a 500 oC; y si no es necesario diga el por qué?.
Si es necesario añadir C para que garantice la formación de CO por la ecuación de Bouduard, de esa manera se eliminara el CO2, ya que si hay mucho e este y ocurre que Keq = PCO2 entonces la reacción se detendrá. CaCO3 + calor = CaO + CO2 CO2 +C = 2CO
8. Bibliografía
-
Guia de Laboratorio de Pirometalurgia; Ing: Luis Cervando Chambi; 2012; La Paz Bolivia
-
http://www.wikipedia.org/wiki/ http://www.wikipedia.org/wiki/ Calcinación Calcinación
-
http://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-eingenieria/quimica/respuestas/1131708/calcinacion
